Научная электронная библиотека ULRICH'S Periodicals Directory

Сибирский государственный университет
науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева

Сибирский аэрокосмический журнал
ISSN 2712-8970 (Print) ISSN 2782-5760 (on-line)

Сведения об образовательной организации

UDK 621.43.056 Doi: 10.31772/2587-6066-2020-21-3-356-363
ВЛИЯНИЕ СПОСОБА ПОДАЧИ ТОПЛИВА В КАМЕРУ СГОРАНИЯ НА КАЧЕСТВО СМЕШЕНИЯ И ОБРАЗОВАНИЕ ОКСИДА УГЛЕРОДА
А. В. Бакланов
Казанский национальный исследовательский технический университет им. А. Н. Туполева – КАИ; Российская Федерация, 420111, г. Казань, ул. К. Маркса, 10
Сжигание топлива в камере сгорания газотурбинного двигателя сопровождается образованием токсичных веществ. Особую опасность среди них представляют окислы углерода, оказывающие вредное воздействие на человека и окружающую среду. В связи с этим в статье решается актуальная задача по определению оптимального способа подачи газообразного топлива в камеру сгорания ГТД для обеспечения низкого вы- броса СО. В работе представлены особенности конструкции форсунок, которые работают с раздельной подачей воздуха и топлива. В качестве топлива используется природный газ. Одна из рассмотренных форсунок обеспе- чивает струйную подачу топлива при помощи перфорированного распылителя, а другая – закрученную подачу топлива при помощи завихрителя, встроенного в топливный канал. Также приведены основные геометриче- ские параметры форсунок, такие как размеры завихрителя, количество лопаток, диаметр выходного сопла. Произведено определение качества подготовки топливовоздушной смеси в закрученной струе на выходе из горелок с двумя типами форсунок. Установлено, что наилучшее качество смешения обеспечивает форсунка со струйным распылом топлива. Рассмотрена конструкция имитатора жаровой трубы, в который помещается испытываемая форсунка. Представлена конструкция стендовой установки, предназначенной для испытания форсунок в имитаторе жаровой трубы, а также режимы, при которых данные испытания проводились. Получены результаты в имитаторе жаровой трубы с установленными струйными форсунками и форсунками с подачей закрученной топливной струи. Проведен анализ, по результатам которого сделаны выводы об эффективности применения струйных форсунок. В соответствии с проведенными исследованиями параметры форсунки с подачей закру- ченной топливной струи характеризуются наличием высоких значений уровня СО в продуктах сгорания, что объясняется крайне низким качеством перемешивания топлива с воздухом и, следовательно, низкой эффек- тивностью сжигания топлива. Форсунка со струйной подачей топлива имеет низкие значения СО, что сви- детельствует о хорошем качестве смешения топлива с воздухом и высокой эффективности организации горения. В результате получены рекомендации о постановке выбранного типа форсунок в полноразмерную камеру сгорания.
Ключевые слова: камера сгорания ГТД, снижение выбросов вредных веществ, диффузионное горение, форсунка, горелка, смешение.
References

1. Matveev S. S., Zubrilin I. A., Orlov M. Yu., Matveev S. G., Chechet I. V. Investigation of fuel distribution in partially premixed swirled burner with pilot flame. Proceedings of the ASME Turbo Expo Turbomachinery Technical Conference and Exposition. Сер. “ASME Turbo Expo 2016: Turbomachinery Technical Conference and Exposition, GT 2016” 2016.
2. Бакланов А. В., Неумоин С. П. Методика определения качества смешения газообразного топлива и воздуха за вихревой горелкой камеры сгорания ГТД // Известия вузов. Авиационная техника. 2017. № 1. С. 87–92.
3. Конвертирование авиационных ГТД в газотурбинные установки наземного применения / Е. А. Гриценко, В. П. Данильченко, С. В. Лукачев и др. Самара, СНЦ РАН, 2004. 266 с.
4. Мингазов Б. Г. Камеры сгорания газотурбинных двигателей. Казань : изд-во Казан. гос. техн. ун-та, 2004. 220 с.
5. Бакланов А. В. Управление процессом сжигания топлива путем изменения конструкции горелки в камере сгорания газотурбинного двигателя // Вестник Московского авиационного ин-та. 2018. Т. 25, № 2. С. 73–85.
6. Маркушин А. Н., Бакланов А. В. Испытательные стенды для исследования процессов и доводки низкоэмиссионных камер сгорания ГТД // Вестник Самарского гос. аэрокосмич. ун-та им. ак. С. П. Королёва (нац. исследовательского ун-та). 2013. № 3–1 (41). С. 131–138.
7. Lefebvre A.H., Ballal D. R. Gas Turbine Combustion: Alternative Fuels and Emissions. Third Edition. CRC Press, 2010. 560 p.
8. Lefebvre A. H. Fuel effects on gas turbine combustionignition, stability, and combustion efficiency // Am. Soc. Mech. Eng. (Pap.); (United States). 1984. Vol. 84, №. CONF-840611.
9. Некоторые вопросы проектирования авиационных газотурбинных двигателей / Е. А. Гриценко, В. П. Данильченко, С. В. Лукачев и др. Самара, СНЦ РАН, 2002. 527 с.
10. Gokulakrishnan P., Fuller C. C., Klassen M. S., Joklik R. G., Kochar Y. N., Vaden S. N., Seitzman J. M. Experiments and modeling of propane combustion with vitiation // Combustion and Flame. 2014. Vol. 161, № 8. P. 2038–2053.
11. Yi T., Gutmark E. J. Real-time prediction of incipient lean blowout in gas turbine combustors // AIAA journal. 2007. Vol. 45, № 7. P. 1734–1739.
12. Moses C., Roets P. Properties, Characteristics and Combustion Performance of Sasol Fully Synthetic Jet Fuel // ASME Journal of Engineering for Gas Turbines and Power. 2009, Vol. 131, No. 4. Р. 041502–041502-17.
13. Канило П. М., Подгорный А. Н., Христич В. А. Энергетические и экологические характеристики ГТД при использовании углеводородных топлив и водорода. Киев : Наук. думка, 1987. 224 с.
14. Дубовкин Н. Ф. Справочник по теплофизическим свойствам углеводородных топлив и их продуктам сгорания. М. – Л. : Госэнергоиздат, 1962. 288 с.
15. Иссерлин А. С. Основы сжигания газового топлива. Л. : Недра, 1987. 336 с.


Бакланов Андрей Владимирович – доцент; Казанский национальный исследовательского технический университет имени А. Н. Туполева − КАИ. Email: andreybaklanov@bk.ru.


  ВЛИЯНИЕ СПОСОБА ПОДАЧИ ТОПЛИВА В КАМЕРУ СГОРАНИЯ НА КАЧЕСТВО СМЕШЕНИЯ И ОБРАЗОВАНИЕ ОКСИДА УГЛЕРОДА